直流稳压电源毕业论文设计

一、设计任务与要求

1、输出电压可调：Vo = +3V ~ 9V 2、最大输出电流：Iomax = 800mA 3、输出电压变化量：△Vop-p ≦5mV 4、稳压系数：Sv ≦3×10¯³ 5、有保护装置。

二、方案设计与论证

稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图所示：

电 源 整 流 滤 波 稳 压 u 1 u 2 u 3 u I U 0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _

u 1 2 u I U 0

（a ）稳压电源的组成框图

图1、稳压电源的组成框图及整流与稳压过程 方案一：单相整流半波电路

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U1+

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－.

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利用二极管的单向导电作用将变压器二次测的交流电压换成负载R L 上的单向脉动电压，达到整流的目的。

① 输出电压平均值：Vo (AV)=1/2π·∫(0~π) ·√2V 2sinwtd(wt)= √2/π·V 2≈0.45V 2

② 输出电压的脉动系数：C=Vo NV /Vo (AV)=(V2/√2)/(( √2/π)V 2)= π/2≈1.57

方案二：单相桥式整流电路

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+

U1

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－.

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利用变压器的一个二次侧绕组的四个整流二极管，使在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电流流过，输出V o 为全波波形。

输出电压平均值：V o （A V ）=（（√2V 2）/π）V 2≈0.9V 2

输出电压的脉动系数：V o M1=2/π·∫(0~π) ·√2V 2sinwtcos2wtd(wt)

=4√2/3π·V 2

S=Vo M1/Vo (AV) = 4√2/3π·V 2/((2√2 V2) / π) ≈0.67

综上所述：单相桥式整流电路的输出电压较高，脉动小，变压器的利用率高所以选方案二。

三、单元电路设计与参数设计

整流电路利用桥式整流电路，如图所示：

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+

++220V

－Uo

－

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① 在桥式整流电路中，由于四个整流二极管两两轮流在交流电的正、负半周内导电，因此流过每个整流二极管的平均电流是电路输出电流平均值的一半 I D(AV) =Io(AV) /2=1/2·V o （A V ）/RL=0.7V2/2RL =0.35 V2/ RL

② 桥式整流电路因变压器只有一个二次侧绕组，已知在V 2正半周是，VD1、VD3导通，VD2、VD4截止。此时VD2、VD4相当于并联在变压器的二次侧绕组上，所以，所承受的最大反向电压为V 2的最大值，即：V RM =√2V 2. 在负半周时，VD1、VD3也承受同样大小的反向电压。

③ 在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变的特点，将电容器和负载电容并联，以达到电压V o 1=(1.1~1.2)V2, 直流输出电流Io 1=I2/（1.5-2），(I2是变压器副边电流的有效值) 稳压电路可选集成三端稳压器电路。

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T1~22

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3.1、选择三端集成稳压器。

因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器，常见主要有CW317,CW337,LM317,LM337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连续可调的负电压，可调范围为1.2V~37V, 最大输出电流Iomax 为1.5A ，稳压内部含有过流过热保护电路，具有安全可靠，不易损坏，使用方便等优点，在此用到317系列，其管脚图和典型应用电敏如图：

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LM317的内部都有一个稳压二极管，VZ=VRLF=1.25V如上图，电路输出电压V o 可通过电位器R2调节输出电压为：V o=UREF +(UREF /R1+IA ·R 2) ≈1.25×（1+R2/R1） 其中I A 为调整端的电流很小，一般可忽略。LM317的特性参数，输出电压可调范围：1.2V~37V 输出负载电流：1.5A

输入与输出工作压差：△V=UI -V o 为3~40V能满足要求。

3.2选择电源变压器

电源变压器的作用是将来自电网的220V 交流电压Vi 变为整流电路所需要的交流电压V2电源变压器的效率为：η=P2/P1，其中，P 2式变压器副边的功率，P 1是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示： 表一，小型变压器的效率

因此当算出了副边功率P 2后，就可以根据上表算出原边功率P 1。

由于LM317输入电压与输出电压差的最小值△V=（V 2-V o ）min=3V，最大值 △V=（V 2-V o ）max=40V

故LM317的输入电压范围为：V omax+（V I -Vo ）mix ≦V I ≦V omin+（V I -V o ）max

即 9V+3V≦V I ≦3V+40V

12V ≦V I ≦43V

V 2≥V I min/1.1=12/1.1=11V ， 取V 2= 12V 变压器副边电流：I 2>Iomax=0.8A,取I 2=1A 因此，变压器副边输出功率P 2≥I 2V 2=12W

由于变压器的效率η=0.7，所以变压器原边输入功率P 1≥P 2/y=17.1W,为留有余地，选用功率为20W 的变压器。 3.3选用整流二极管

由于V RM >T2V 2=√2×12=17V.Iomax=0.8A

IN4001的反向击穿电压V RM >150V，定工作电流I P =1A>Iomax,故整流二极管选用IN4001。

3.4选用大电容滤波

为了得到平滑的负载电压，一般取R LC ≧（3~5）T/2，式中T 为电压的周期滤波电容的容量可由下式估算：

C= Ict/△Vip-p ，式中△Vip-p 为稳压器输入端终极电压的峰峰值；T ——放电时间，t=T/2=0.015,Tc——电容C 放电电流可取It=Iomax，滤波电容的耐压应大于1.4V 2。我们在实际制作过程中采用理论值小的电容同样能达到很好的滤波效果，因此采用1000UF 的电容。

四、总原理及元件清单

1、总原理图，PCB 图

五、安装与调试

首先应在变压器的副边接入保险丝FU 以防电路短路损坏变压器或其他元件。其加适当大小的散热片。额定电流要略大于Iomax ，选FU 的熔断电流为1A ，LM317要从先装集成稳压电路，再装整流滤波电路，最后安装变压器，安装一级测试一级。对于稳压电路则主要测试集成电压能否正常工作，其输出端加直流电压Vi ≦12V ，调节RP1, 输出电压Vo 随之变化，说明稳压电路正常工作。整流滤波电路主要是检查整流二极管是否接反，安装前用万用表测量其正、反向电阻。接入电源变压器，整流输出电压Vi 应为正。断开交流电源将整流滤波电路与稳压电路相连，再接通电源输出电压Vo 为规定值，说明各级电路均正常工作可以进行各项性能指标的测试。

电位器R V2取最大的时，

Vo=9.0V

电位器R V2取最大的时，Vo=2.96↑

六、性能测试与分析

1、输出电压与最大输出电流的测试

测试电路如图所示：

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一般情况下，稳压器正常工作时，其输出电流Io 要小于最大输出电流Iomax ，取Io=0.6A，可算出R L =20Ω，工作时R L 上消耗得功率为R L =VoIo=9×0.7=6.3W 故R L 取额定功率为10W 阻值为20Ω

的电位器，测试时，先使R L =20Ω，交流输出电压为220V ，用数字电压表测量的电压值就是Vo ，然后慢慢调小R L ，直到Vo 的值下降5%此时流经R L 的电流就是Iomax ，记下Iomax 后，要马上调大R L 的值，以减小稳压器的功耗。

R 5（R L ）=20Ω；Vo=9V；Io=450.00mA Vo 下降5%（8,5785）时，Io=856.633mA 即Iomax=Io

2、纹波电压的测试

用示波器观察Vo 的峰峰值，测量△V op-p 的值

(稳压波形)

由示波器得出，△V op-p=4.87mv 3、稳压示数的测量

如图5所示电路，在V 1=220V时，测出稳压电源的输出电压Vo ，然后调节自耦变压器使输入电压V 1=240V，测出稳压电源对应的输出电压V o 1；再调节自耦变压器

使输入电压V 1=198V，测出稳压电源的输出电压V o2测稳压示数为 S V =(△V o/ Vo)/( △V I /VI )=220/(242-198)·（V o 1- Vo2）/Vo S V =5·（V o 1- Vo2）/Vo

Vi=12V时，V o=9V

Vi=11.0V时V o=8.995V

Vi=13.2V时V o=9.00V

1. 电源变压器交流电压波形图

2. 整流波形

3. 滤波波形

4. 稳压波形

在允许误差范围之内，本设计已达到要求。

七、结论与心得

整个设计通过了软件和硬件上的调试。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。对于教材管理系统，其程序是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对系统的结构很熟悉。因此可以说系统的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，

但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。

这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。其次，这次课程设计让我充分认识到团队合作的重要性，只有分工协作才能保证整个项目的有条不絮。另外在课程设计的过程中，当我们碰到不明白的问题时，指导老师总是耐心的讲解，给我们的设计以极大的帮助，使我们获益匪浅。因此非常感谢老师的教导。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。我觉得作为一名软件工程专业的学生，这次课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。

我认为这个收获应该说是相当大的。一开始我们从参考书上找来了课题，但是毕竟是参考书，做到后来发现很多程序都是不完整的，这让我们伤透了脑筋。看着别的小组都弄得有模有样了，可是我们连一个课题都还没有定好。好不容易又找到了课题，可是结果还是很不尽人意。程序接线什么的都弄好了，调试也没有问题，可是就是无法达到预期想要的结果。参考书毕竟只是一个参考，设计这种东西最后还是要靠自己动脑筋。然后我们大家一起齐心协力，从平时做的实验﹑老师上课的举例﹑书本上的知识以及老师的辅导和其他同学的帮助下终于完成了。应该说这是通过我们小组成员的共同努力和动脑完成的，虽然内容并不是很复杂，但是我们觉得设计的过程相当重要，学到了很多，收获了很多。我觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。小组人员的配合﹑相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。

所以我认为这次的课程设计意义很深，和其他4位同学的共同学习﹑配合﹑努力的过程也很愉快，另外还要感谢老师的耐心辅导。

3、参考文献

①、《模拟电子技术》王选主编，第二版，北京机械工业出版社，2000.10

②、《模拟电子技术基础》，主编：王淑娟、蔡惟铮、齐明，2009年5月第一版，高等教育出版社出版，2009.10

③《电力电子技术》，石新春、杨京燕、王毅编、第四版，中国电力出版社出版、2009年6月